EP1111204A2 - Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1111204A2
EP1111204A2 EP00120061A EP00120061A EP1111204A2 EP 1111204 A2 EP1111204 A2 EP 1111204A2 EP 00120061 A EP00120061 A EP 00120061A EP 00120061 A EP00120061 A EP 00120061A EP 1111204 A2 EP1111204 A2 EP 1111204A2
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internal combustion
combustion engine
valve
valve control
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Hans-Peter Deeg
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L1/46—Component parts, details, or accessories, not provided for in preceding subgroups
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/04—Sensors
    • F01L2820/041—Camshafts position or phase sensors

Definitions

  • the invention relates to a valve control for an internal combustion engine according to the Preamble of claim 1.
  • a known valve control of an internal combustion engine US 5,031,583, includes one Camshaft with cams of different profiles that have an intake valve or an exhaust valve actuate. Rocker arms are provided between the cams and the valves with which the stroke of the respective valve can be influenced by means of coupling elements.
  • the camshaft is provided with a phase adjuster, with which the Control times of the valves are changeable.
  • the disadvantage of this design is that none Precautions are taken to monitor the function of the coupling elements.
  • the function switching state can also generate the function signal Phase control of a camshaft, switching state of the valve lift circuit, speed of the The camshaft and oil temperature of the lubricating oil of the internal combustion engine are also used become.
  • An internal combustion engine 1 comprises a plurality of cylinders 2 and opposite ones Rows 3 and 4, in which the cylinders are provided.
  • Each row of cylinders 3 has a cylinder housing 5 and a cylinder head 6.
  • the cylinder head 6 is with each cylinder 2 provided at least one inlet valve 7 and an outlet valve 8, which are part of a Valve control 9 are and for gas exchange control in a combustion chamber 10 of the respective Serve cylinder 2.
  • the actuation of the intake valves 7 and the exhaust valves 8 will by means of an intake camshaft 11 and an exhaust camshaft 12, being between the camshafts 11 and 12 and the valves 7 and 8 bucket tappets 13,14 are arranged.
  • At least the tappets 13, which are connected to the inlet valves 7 interact, are designed as switching elements 15 with which the stroke of Inlet valves 7 is variable or switchable.
  • each inlet valve 7 on the Inlet camshaft 11 different cams 16 and 17 attached - Fig. 2 -. there causes cam 16 a maximum stroke of the inlet valve 7; Cam 17 a reduced Stroke.
  • the intake camshaft 11 is provided with a camshaft adjuster 18 provided with their relative rotational position at angle a to the exhaust camshaft 12th is changeable.
  • the timing of the intake valves 7 and the exhaust valves 8th to be influenced.
  • the change in rotational position of the intake camshaft 11 and the stroke switching of the Switching elements 15 are e.g. depending on the speed and the accelerator pedal position the internal combustion engine 1.
  • torsional vibration signals Ds of the intake camshaft 11 detected as measured values Mw and, in the case of defined deviations, as function signal Fs displayed.
  • the measured values Mw resulting from the torsional vibration signals Ds are in Fig. 6 shown.
  • the vibration line 19 gives a functional Vibration curve with the line sections 20 and 21 again. Line section 20 results when the switching elements 15 operate with a reduced stroke; the line segment 21 when the switching element works with maximum stroke.
  • the torsional vibration peaks 22 and 23 of line segments 20 and 21 are substantially uniform Course on, which means that the switching elements 15 according to the design, ie are duly effective.
  • the vibration line 19 ' shows both in Line section 20 'as in line section 21' from the normal Torsional vibration peaks 22 'and 23' differing torsional vibration peaks 24 and 25, The latter go to malfunctions of one or more switching elements 15 back.
  • the torsional vibration signals or measured values Mw are determined by means of a Hall sensor 26 removed, which is assigned to the intake camshaft 11. Are suitable for this also induction sensors, optical sensors et cetera.
  • An electronic evaluation unit 27 determines the speed n of the internal combustion engine, Switching state SchzVsZ3 of the valve lift control of cylinder bank 3, measured values MwZ3 of Intake camshaft 11 of cylinder bank 3, switching state SchzVsZ4 of the valve lift circuit of the cylinder bank 4 and measured values MwZ4 of the intake camshaft 11 'of the cylinder bank 4 fed. This data is processed in the evaluation electronics 27. If at the Switching elements 15 malfunctions will occur on a display device 28 of the mapped as function signal Fs.
  • FIG. 4 shows a diagram in which the function signal Fs in a Evaluation electronics 29 by the parameters switching state SchzNv des Camshaft adjuster 18, switching state SchVs valve lift, measured values Mw der Inlet camshaft 11 and oil temperature Töl of the internal combustion engine 1 is formed.
  • the switching state SchzNv of the camshaft adjuster 18 on a first Solenoid valve 30 removed; the switching state SchzVs of the valve lift control on one second solenoid valve 31.
  • the measured values Mw of the intake camshaft 18 are taken by the Hall sender 26, which interacts with the intake camshaft 11.
  • the evaluation electronics 29 the measured values Mw are compared with nominal measured values MwSo and form the basis of the function signal Fs.
  • the intake camshafts 11 and 11 'of the cylinder banks 3 and 4 for Formation of the function signal Fs used d. H. are measured values MwZ3 of the cylinder bank 3 and the measured values MwZ4 cylinder bank 4, the switching elements 15 work identically given framework.
  • evaluation electronics 31 In the event of deviations, evaluation electronics 31 generate this Function signal Fs.For this purpose, the following parameters are fed to the evaluation electronics 31 Switching status SchzNvZ3 and SchzNvZ4 of the camshaft adjuster 18 of the cylinder banks 3 and 4, switching state SchzVsZ3 and SchzVsZ4 of the valve lift circuits of the cylinder banks 3 and 4, measured values MwZ3 and MwZ4 of the intake camshafts 11, 11 'of the cylinder banks 3 and 4 and oil temperature Töl of the internal combustion engine 1.

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Abstract

Diese Ventilsteuerung ist für eine Brennkraftmaschine der Hubkolbenbauart mit mehreren Zylindern geeignet, bei der wenigstens eine Nockenwelle Ventile zur Gaswechselsteuerung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine betätigt, wobei vorzugsweise ein Teil der Ventile in Abhängigkeit zumindest eines Parameters der Brennkraftmaschine bezüglich Hub durch mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Schaltelementen verstellbar ausgebildet sind. Zur Überprüfung der Funktion eines oder mehrerer der Schaltelemente werden Meßwerte der Nockenwelle detektiert und bei definierten Abweichungen als Funktionssignal angezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine bekannte Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, US 5,031,583, umfaßt eine Nockenwelle mit Nocken unterschiedlichen Profils, die ein Einlaßventil oder ein Auslaßventil betätigen. Zwischen den Nocken und den Ventilen sind Kipphebel vorgesehen, mit denen unter Vermittlung von Kupplungselementen der Hub des jeweiligen Ventils beeinflußbar ist. Darüber hinaus ist die Nockenwelle mit einem Phasensteller versehen, mit dem die Steuerzeiten der Ventile veränderbar sind. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß kein Vorkehrungen getroffen sind, um die Funktion der Kupplungselemente zu überwachen.
Sinngemäß gilt dies auch für als mit Ventilen zusammenwirkende Schalttassen ausgebildete Schaltelemente, EP 0515520 B1, einer Ventilsteuerung, mit denen in Verbindung von unterschiedlichen Nocken einer Nockenwelle der Hub der Ventile variierbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, an einer Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen Vorkehrungen zu treffen, um die Funktion von Schaltelementen, die zur Verstellung des Hubes von die Gaswechselsteuerung bewirkenden Ventilen dienen, überprüfen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß während des Betriebs einer die Erfindung verwertenden Brennkraftmaschine Fehlfunktionen eines Schaltelementes der Ventilsteuerung, die u.U. mechanische Schäden nach sich ziehen können, als Funktionssignal feststellbar sind. Dies kann unter Einsatz von entsprechenden Einrichtungen bei Kundendienstuntersuchungen oder mit fahrzeugfesten Anzeigeeinrichtungen bspw. OBD (=On Board Diagnose) erfolgen. Als Meßwerte hierfür eignen sich Drehschwingungssignale einer Nockenwelle der Ventilsteuerung; denn der Drehschwingungsverlauf an einer Nockenwelle ändert sich bei unterschiedlichen Ventilhüben aufgrund verschiedener Ventilkräfte signifikant. Daraus ergibt sich, daß die Drehschwingungsspitzen der Nockenwelle dann ein gleichmäßiges Niveau erreichen, wenn sämtliche Schaltelemente der Ventilsteuerung funktionsgerecht arbeiten. Bei etwaigen Störungen eines oder mehrerer Schaltelemente ergibt sich an der Nockenwelle ein veränderter Drehschwingungsverlauf - große und kleine Schwingungsspitzen wechseln sich ab -, der über Hallgeber, Induktionsgeber, optische Geber oder dergl. detektierbar ist. Zur Erzeugung des Funktionssignals können auch noch die Parameter Schaltzustand einer Phasensteuerung einer Nockenwelle, Schaltzustand der Ventilhubschaltung, Drehzahl der Nockenwelle und Öltemperatur des Schmieröls der Brennkraftmaschine mit herangezogen werden.
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend näher beschrieben ist.
Es zeigen
Fig.1
eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung,
Fig. 2
eine Teilansicht der Ventilsteuerung mit einem Schaltelement und einem Nockenwellenversteller,
Fig. 3
ein erstes Diagramm, das die Erzeugung des erfindungsgemäßen Funktionssignal verdeutlicht,
Fig. 4
ein zweites Diagramm entsprechend Fig. 3,
Fig. 5
ein drittes Diagramm entsprechend Fig. 3,
Fig. 6
ein Diagramm das Drehschwingungen einer Nockenwelle wiedergibt.
Eine Brennkraftmaschine 1 umfaßt mehrere Zylinder 2 und gegenüberliegende Zylinderreihen 3 und 4, in denen die Zylinder vorgesehen sind. Jede Zylinderreihe 3 weist ein Zylindergehäuse 5 und einen Zylinderkopf 6 auf. Der Zylinderkopf 6 ist pro Zylinder 2 mit wenigstens einem Einlaßventil 7 und einem Auslaßventil 8 versehen, die Bestandteil einer Ventilsteuerung 9 sind und zur Gaswechselsteuerung in einem Brennraum 10 des jeweiligen Zylinders 2 dienen. Die Betätigung der Einlaßventile 7 und der Auslaßventile 8 wird vermittels einer Einlaßnockenwelle 11 und einer Auslaßnockenwelle 12 bewerkstelligt, wobei zwischen den Nockenwellen 11 und 12 und den Ventilen 7 und 8 Tassenstößel 13,14 angeordnet sind. Zumindest die Tassenstößel 13, die mit den Einlaßventilen 7 zusammenwirken, sind als Schaltelemente 15 ausgeführt, mit denen der Hub der Einlaßventile 7 variierbar bzw. umschaltbar ist. Hierzu sind je Einlaßventil 7 an der Einlaßnockenwelle 11 unterschiedlichen Nocken 16 und 17 angebracht - Fig. 2 -. Dabei bewirkt Nocken 16 einen maximalen Hub des Einlaßventils 7; Nocken 17 einen reduzierten Hub. Darüber hinaus ist die Einlaßnockenwelle 11 mit einem Nockenwellenversteller 18 versehen, mit dem ihre relative Drehlage im Winkel a zur Auslaßnockenwelle 12 veränderbar ist. Damit können die Steuerzeiten der Einlaßventile 7 und der Auslaßventile 8 beeinflußt werden.
Die Drehlagenänderung der Einlaßnockenwelle 11 und die Hubumschaltung der Schaltelemente 15 erfolgt z.B. in Abhängigkeit der Drehzahl und der Last-Gaspedalstellung der Brennkraftmaschine 1. Zur Überprüfung der Funktion der Schaltelemente 15 d.h., ob letztere die gleiche Schaltstellung - maximaler Hub oder reduzierter Hub - aufweisen, werden Drehschwinungssignale Ds der Einlaßnockenwelle 11 als Meßwerte Mw detektiert und bei definierten Abweichungen als Funktionssignal Fs angezeigt. Die aus den Drehschwingungssignalen Ds resultierenden Meßwerte Mw sind in Fig. 6 dargestellt. Dabei gibt die Schwingungslinie 19 einen funktionsgerechten Schwingungsverlauf mit den Linienabschnitten 20 und 21 wieder. Der Linienabschnitt 20 ergibt sich, wenn die Schaltelemente 15 mit reduziertem Hub arbeiten; der Linienabschnitt 21, wenn die Schaltelement mit maximalem Hub arbeiten. Die Drehschwingungsspitzen 22 und 23 der Linienabschnitte 20 und 21 weisen einen im wesentlichen gleichförmigen Verlauf auf, was bedeutet, daß die Schaltelemente 15 gemäß konstruktiver Auslegung, also ordnungsgemäß wirksam sind. Dagegen zeigt die Schwingungslinie 19' sowohl im Linienabschnitt 20' wie auch im Linienabschnitt 21' von den normalen Drehschwingungsspitzen 22' und 23' abweichende Drehschwingungsspitzen 24 und 25, Letztere gehen auf Funktionsstörungen von einem oder mehreren Schaltelementen 15 zurück. Die Drehschwingungssignale bzw. Meßwerte Mw werden mittels eines Hallgebers 26 abgenommen, der der Einlaßnockenwelle 11 zugeordnet ist. Hierfür geeignet sind aber auch Induktionsgeber, optische Geber et cetera.
In Figur 3 wird eine Ausführung zur Erzeugung des Funktionssignals Fs veranschaulicht. Dabei werden einer Auswerteelektronik 27 die Drehzahl n der Brennkraftmaschine, Schaltzustand SchzVsZ3 der Ventilhubschaltung der Zylinderreihe 3, Meßwerte MwZ3 der Einlaßnockenwelle 11 der Zylinderreihe 3, Schaltzustand SchzVsZ4 der Ventilhubschaltung der Zylinderreihe 4 und Meßwerte MwZ4 der Einlaßnockenwelle 11' der Zylinderreihe 4 zugeführt. Diese Daten werden in der Auswerteelektronik 27 verarbeitet. Falls an den Schaltelementen 15 Störungen auftreten werden diese an einer Anzeigevorrichtung 28 der als Funktionssignal Fs abgebildet.
Aus Fig. 4 geht ein Diagramm hervor, bei dem das Funktionssignal Fs in einer Auswerteelektronik 29 durch die Parameter Schaltzustand SchzNv des Nockenwellenverstellers 18, Schaltzustand SchVs Ventilhubschaltung, Meßwerte Mw der Einlaßnockenwelle 11 und Öltemperatur Töl der Brennkraftmaschine 1 gebildet wird. Dabei wird der Schaltzustand SchzNv des Nockenwellenvestellers 18 an einem ersten Magnetventil 30 abgenommen; der Schaltzustand SchzVs der Ventilhubschaltung an einem zweiten Magnetventil 31. Die Meßwerte Mw der Einlaßnockenwelle 18 nimmt der Hallgeber 26 ab, der mit der Einlaßnockenwelle 11 zusammenwirkt. In der Auswerteelektronik 29 werden die Meßwerte Mw mit Sollmeßwerten MwSo verglichen und bilden die Grundlage des Funktionssignals Fs.
Gemäß Fig. 5 werden die Einlaßnockenwellen 11 und 11' der Zylinderreihen 3 und 4 zur Bildung des Funktionssignals Fs herangezogen d. h. sind Meßwerte MwZ3 der Zylinderreihe 3 und die Meßwerte MwZ4 Zylinderreihe 4 identisch arbeiten die Schaltelemente 15 im vorgegebenen Rahmen. Bei Abweichungen erzeugt eine Auswerteelektronik 31 das Funktionssignal Fs. Hierzu werden der Auswerteelektronik 31 folgende Parameter zugeführt Schalzustand SchzNvZ3 und SchzNvZ4 der Nockenwellenversteller 18 der Zylinderreihen 3 und 4, Schaltzustand SchzVsZ3 und SchzVsZ4 der Ventilhubschaltungen der Zylinderreihen 3 und 4, Meßwerte MwZ3 und MwZ4 der Einlaßnockenwellen 11, 11' der Zylinderreihen 3 und 4 und Öltemperatur Töl der Brennkraftmaschine 1.

Claims (9)

  1. Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine der Hubkolbenbauart mit mehreren Zylindern, bei der wenigstens eine Nockenwelle Ventile zur Gaswechselsteuerung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine betätigt, wobei vorzugsweise ein Ventil in Abhängigkeit zumindest eines Parameters der Brennkraftmaschine bezüglich Hub durch mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Schaltelementen verstellbar ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der Funktion eines oder mehrerer Schaltelemente (15) Meßwerte (Mw) der Nockenwelle (Einlaßnockenwelle 11 ) detektiert und bei definierten Abweichungen von einem oder mehreren festgelegten Werten als Funktionssignal (Fs) angezeigt werden.
  2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwerte (Mw) z.B. die Parameter Drehschwingungssignale (Ds) der Nockenwelle (Einlaßnockenwelle 11 ) verwendet werden.
  3. Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionssignal (Fs) durch die Parameter Schaltzustand (SchzNv) eines Nockenwellenverstellers (18), Schaltzustand (SchzVs) der Ventilhubschaltung, Meßwerte (Mw) der Nockenwelle (Einlaßnockenwelle 11 ) und Öltemperatur (Töl) des Schmieröls der Brennkraftmaschine (1 ) erzeugt wird.
  4. Ventilsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter Schaltzustand (SchzNw) Nockenwelle (Einlaßnockenwelle 11) von einem Magnetventil (30) des Nockenwellenverstellers (18) abgenommen wird.
  5. Ventilsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter Schaltzustand (SchzVs) der Ventilhubschaltung von einem Magnetventil (31 ) des Schaltelements abgenommen wird
  6. Ventilsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter Meßwerte (Mw) der Nockenwelle (Einlaßnockenwelle 11 ) von einem Hallgeber (26), Induktionsgeber, optischer Geber oder dergl. der Nockenwelle (Einlaßnockenwelle 11 ) abgenommen wird.
  7. Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die Parameter Schaltzustand (SchzNv) des Nockenwellenverstellers (18), Schaltzustand (SchzVs) der Ventilhubumschaltung, Meßwerte (Mw) der Nockenwelle (Einlaßnockenwelle) 11 und Öltemperatur (Töl) der Brennkraftmaschine (1 ) in einer Auswerteelektronik (z.B. 27) zum Funktionssignal (Fs) verarbeitet werden.
  8. Ventilsteuerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionssignal (Fs) über Geräte erfolgt, die im Kraftfahrzeug installiert und/oder unabhängig hiervon ausgebildet sind.
  9. Verfahren zur Überprüfung der Funktion von einem oder mehreren Schaltelementen der Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
    Detektierung einer Veränderung des Drehschwingungsverlaufs der Nockenwelle (Einlaßnockenwelle 11) vorzugsweise mittels des Hallgebers (26);
    Weitergabe der Ergebnisse der Detektierung an eine Auswerteelektronik (z.B. 27);
    Darstellung einer Funktionsabnormalität zumindest eines Schaltelementes (15) an einer Anzeigevorrichtung.
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